基于CAE的力化學(xué)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計及聚合物共混相容性模擬.pdf

1、隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對高分子材料性能的要求也不斷提高，具有單一性能的塑料產(chǎn)品已經(jīng)不能滿足人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活的需要，于是高分子合金材料得到了發(fā)展，即聚合物通過共混或接枝改性來制備綜合性能優(yōu)良的聚合物產(chǎn)品。由于大部分聚合物與其它聚合物和無機材料進行共混改性時相容性不太好，所以限制了高分子合金材料的制備。本文以聚乙烯(PE)為例，為了提高聚乙烯與其它聚合物和無機材料的相容性，拓寬聚乙烯的適用范圍，通常在聚乙烯鏈上接枝極性基團MAH，

2、以此來彌補聚乙烯與其它材料相容性不佳的缺點。當(dāng)前聚合物接枝馬來酸酐主要方法是加入氧化劑（例如DCP）,使用溶液法或者機械熔融的方法在非極性的聚乙烯鏈上接枝極性基團，從而改善它與其它聚合物的相容性。而力化學(xué)反應(yīng)接枝法由于其具有接枝率高，不需要引發(fā)劑，不會引入雜質(zhì)等眾多優(yōu)勢受到廣泛的青睞。
　　本研究對單螺桿強剪切力化學(xué)反應(yīng)裝置的螺桿和機筒結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計。運用Polyflow計算機模擬軟件，通過統(tǒng)計分析的方法，分別以力化學(xué)反應(yīng)器機

3、筒槽深、機筒與螺棱間隙、螺棱高度和寬度以及螺桿頭數(shù)為變量，根據(jù)Polyflow仿真結(jié)果，以平均停留時間、累積停留時間、最大剪切速率、最大剪切應(yīng)力和最大混合指數(shù)為評估標(biāo)準(zhǔn)來選取力化學(xué)反應(yīng)器強剪切段螺桿與料筒的最優(yōu)結(jié)構(gòu)為：機筒槽深為1mm，機筒與螺棱間隙為0.5mm，螺棱高度和寬度均為3mm，螺桿頭數(shù)為10頭。根據(jù)優(yōu)化設(shè)計的螺桿與機筒結(jié)構(gòu)，并將其安裝于單螺桿強剪切力化學(xué)反應(yīng)裝置實驗樣機上。為了驗證該設(shè)備對共混熔融物料的共混效果，我們將該樣機

4、首先用于無機材料填充改性聚合物的實驗，制備無機復(fù)合材料。我們將聚合物HDPE與滑石粉和nano-CaCO3無機材料熔融共混來制備高分子復(fù)合材料，并與使用雙螺桿擠出機制備的高分子復(fù)合材料的力學(xué)性能進行比較，發(fā)現(xiàn)，在實際生產(chǎn)中，優(yōu)化設(shè)計的螺桿與機筒結(jié)構(gòu)對物料的共混效果達(dá)到甚至超越了雙螺桿擠出機。為了研究聚合物與其它聚合物的混合，首先通過計算機模擬的方法，對聚合物共混時有可能出現(xiàn)的相容性問題進行預(yù)測，并為后續(xù)的實驗結(jié)果分析提供理論分析的基礎(chǔ)。

5、使用Materials Studio(MS)7.0軟件對純PS、純PE和PS/PE共混物不同共混比進行MD和DPD模擬，分別研究它們MD模擬中的Flory-Huggins參數(shù)、玻璃化溫度、徑向分布函數(shù)和均方末端距以及 DPD模擬中的等密度圖和聚合物的末端距，可以獲得下述結(jié)論：當(dāng)PS/PE共混比為70/30、50/50，30/70和10/90時，相容效果不好；當(dāng)PS/PE共混比為90/10時，與其它比例的共混物相比，相容性提高。為了判定聚

6、乙烯鏈接枝馬來酸酐后是否提高其與其它聚合物的相容性，我們同樣使用計算機模擬的方法對后續(xù)的聚合物共混改性實驗進行了預(yù)測。首先假設(shè)聚乙烯經(jīng)力化學(xué)反應(yīng)法得到接枝物PE-g-MAH，然后同樣使用Materials Studio(MS)7.0軟件對PS、PE-g-MAH、PS/PE-g-MAH、PS/PE/PE-g-MAH共混物不同共混比進行MD和DPD模擬，分別研究它們MD模擬中的溶解度參數(shù)、玻璃化溫度、徑向分布函數(shù)和均方末端距,以及DPD模擬